1 高速铁路牵引供电系统组成
在铁路系统运行过程中，牵引供电系统为列车的正常运营提供了动力支持，由于高速铁路列车运行密度大、车辆运行速度快、列车运行可靠性要求比较高，所以高速铁路列车设备选型和技术方案和普通铁路均有所不同。高速铁路牵引供电系统主要可以划分为接触网和牵引变电所两个组成部分。其中，牵引变电所主要通过牵引变压器将区域电力系统电源变压为适合电力机车运行的电压，然后利用馈线将电压引到接触网。电力机车通过受电弓从接触网获得连续电能，为其运营提供足够的能量。
图1 高速铁路牵引供电系统组成示意图
2 高速铁路牵引供电系统的技术特征
为实现高速铁路速度目标值，必须拥有足够的能量，电力牵引运行是一大关键。相较于常规铁路，高速铁路需要的供电负荷比较大，而且电容负荷具有不平衡性、波动性和冲击性，使用的设备和结构参数均有所不同。普速铁路、高铁、地铁牵引供电系统的技术特点与差异见表1。
表1 普速铁路、高铁、地铁牵引供电系统的技术特点
| 项目 | 普速铁路 | 高铁 | 地铁 |
| 供电制式与电力机车 | 25kV/50Hz 韶山、HXD | 25kV/50Hz GRH | 直流1500V |
| 进线电压等级 | 110kV | 220kV | 35kV/10kV |
| 牵引网供电的方式 | AT供电方式、直供带回流线
| AT供电方式 | 双边供电线 |
| 牵引变压器接线的基本方式 | 单相V/v阻抗匹配平衡变压器 | V/x接线 | 延边三角形接 |
| 接触网材料选择 | 银铜合金 | 镁铜合金 | 锡铜合金 |
| 是否采用GIS开关柜 | 否 | 是 | 是 |
| 是否有综合接地系统 | 否 | 是 | 否 |
| 单双变供电与电分相 | 单边供电器件式分相 | 单边供电关节式分相 | 双边供电无电分相 |
3 高速铁路牵引供电关键技术分析
3.1 项目背景
本高速铁路工程项目为客运专线，总长度约为120km，基本是由高架线构成，最大设计速度为350km/h，最大运营速度为300km/h，沿线共设5座车站，其整个机电系统，在运营速度300km/h、列车编组8辆的条件下，达到最小追踪列车间隔时间3min的综合能力目标值。
3.2 牵引供电系统技术特性
3.2.1 可靠性
牵引供电系统必须具备科学的冗余设计体系、高质量的设备与施工体系，为列车运行提供可靠的能量支持。
3.2.2 可用性
外界故障或内部人员疏忽引起的故障不至于导致系统的失效。如双回路供电、接触网系统合理电分段，结构稳定、智能化继电保护控制系统。
3.2.3 可维护性
建立系统维修体制，牵引供电系统应保障不间断供电，采用少维护、免维修产品。
3.2.4 安全性
采取合适的、具有可操作性的安全管理措施避免出现安全性灾难；牵引供电系统不应产生铁路内部危害性干扰及对与其它系统的危害性相互作用的影响。
3.2.5 环保和可持续性发展
牵引供电系统建设应符合中国环境保护法的要求，电磁干扰、噪声指标等对人体健康及环境的影响符合相关规定，具有绿色、环保、节能的功能措施，对周边环境无污染或少污染，设备材料的使用具有可回收性和二次利用，保证整个系统的可持续发展。
3.3 牵引供电关键技术
本高速铁路工程项目中，牵引供电关键技术具体如下：
3.3.1 外部电源
牵引变电所进线电源应采用两回独立进线，互为热备用，优先采用220kV，本高速铁路属于繁忙干线，是重负荷线路，采用220kV电源电压供电能满足远期最高时速为350km/h的高速列车稳定正常运行需要。
3.3.2 牵引供电方式
本高速铁路牵引网的供电方式初步选定以下两种，并展开技术经济性分析。
（1）AT供电方式。在采用这种方式进行供电时，分别设置了1座开闭所、4座AT所、2座牵引变电所、1座分区所兼开闭所、2座分区所。
（2）带回流线的直接（RT）机械供电的供电方式。在这种方式进行供电时，全线分别设置了1座开闭所、3座牵引变电所、1座分区兼开闭所、3座分区所。
上述两个方案均可满足本高速铁路运输要求，对其开展技术经济性分析，可以得出以下几点结论：
（1）两种方案下变电所、接触网的复杂程度与投资额无显著差异。
（2）在保证电压水平方面采用AT供电方式优势更加明显，使用到的接触网电分相数更少，列车运行的安全性更高。
（3）采用AT供电方式来进行供电，可以有效降低防干扰方面的费用，从而使电磁环境得到改善。
综上，本高速铁路采用供电电压为2×25kV的AT供电方式。
3.3.3 接线形式
该高速公路工程采用VX接线牵引变压器组为牵引系统供电，各组变压器都分别布置了两台单相变压器，并单向将220kV引入到高压侧，低压侧2×27.5kV，带中间抽头经集中接地箱接地并纳入综合接地系统。
3.3.4 牵引变电所高压电气设备
该工程牵引供电系统使用SF6气体绝缘开关，并利用SF6气体对柜内的设备进行封闭，避免外部环境对其产生影响，提高其可靠性。牵引变电所采用2×27.5kV气体绝缘开关柜，其安装方便，可大大节省相关占地面积，同时由于其设于户内，不易受到外部因素的影响，运行环境相对较好。其与传统的户外布置方案的差异见表2。
表2 方案比较
| 项目 | GIS开关柜 | 传统户外布置 | 差异 |
| 建筑面积（变电所/分区所/AT所）（m2） | 318/185/167 | 117/126/126 | 141/59/41 |
| 场坪面积（变电所/分区所/AT所）（m2） | 4970/2110/1131 | 7476/2967/1650 | -2506/-857/-519 |
| 运行条件 | 好 | 差 |
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| 美观性 | 好 | 差 |
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| 27.5kV侧设备建安费（变电所/分区所/AT所）（万元） | 555/510.6/248.4 | 443.4/309/154.2 | 111.6/210.6/94.2 |
| 房屋投资（变电所/分区所/AT所）（万元） | 66.78/38.85/35.07 | 37.17/26.46/26.46 | 29.61/12.33/8.61 |
| 土建投资（变电所/分区所/AT所）（万元） | 198.8/84.4/45.24 | 299.04/118.68/66 | -100.6/-34.28/-20.76 |
| 购地投资（变电所/分区所/AT所）（万元） | 44.7/19/10.2 | 67.25/26.7/14.85 | -22.5/-7.7/-4.65 |
| 总投资（变电所/分区所/AT所）（万元） | 865.28/652.85/338.94 | 829.45/480.88/261.51 | 35.83/17.97/77.43 |
3.3.5 接触网技术
该铁路工程使用全补偿简单链形悬挂，不同材料的张力和规格如表3所示。采用棘轮补偿进行接触网补偿，并使用12跨式绝缘锚段达到电分相的目的。
表3 各种线材规格及张力
| 线材 | 承力索 | 接触线 | 附加导线 | ||||||||||||
| 用途 | 高速正线 | 其他线 | 高速正线 | 正线间渡线、动车组走行线 | 站线 | 供电线（F） | 正馈线（AF） | 保护线（PW） | 回流线（NF） | 架空地线（GW） | |||||
| 材料 | 钢合金绞线 | 钢镁合金线 | 铜银合金线 | 铝包钢芯铝绞线 | |||||||||||
| 规格 | BzⅡ120 | BzⅡ70 | CTMH120 | CTA120 | 2xLBGLJ240/30 | LBGLJ240/30 | LBGLJ120/35 | LBGLJ240/30 | LBGLJ70/10 | ||||||
| 额定张力（kN） | 21 | 15 | 27 | 15 |
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4 结语
综上所述，随着我国高速铁路事业的持续发展，牵引供电系统技术水平得以快速提高，设备品种也基本实现配套。在进行高速铁路工程施工时，需要保证牵引供电系统达到运输要求、线路要求和动车组电气特性的基本要求，具有良好的越区供电能力，并且可以更好的确定外部电源、接线形式、牵引供电方式等，确保高速铁路牵引供电可以实现列车正点运行和旅客运输要求。
参考文献
[1]罗世界．高速铁路牵引供电系统建模及其仿真分析[D]．成都：西华大学，2017.
[2]何正友，冯玎，林圣，等．高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究综述[J].西南交通大学学报，2016，51（3）.
收稿日期：2018-03-15
作者简介：李亚楠（1978-），男，黑龙江齐齐哈尔人，中铁二十三局集团电务工程有限公司工程师，研究方向：电力工程施工。
